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Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 1
Física de Aceleradores
Prof. Marcelo Sant’Anna
Sala A-310 (LaCAM) e-mail: mms@if.ufrj.br
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 2
Aceleradores Eletrostáticos
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Aceleradores Eletrostáticos (algumas referências históricas)
“A brief history and review of accelerators”, P. J. Bryant
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Cockcroft-Walton Foto de um multiplicador de voltagens Cockcroft-Walton . Esta parte
do acelerador foi utilizado para o desenvolvimento da bomba nuclear. Foi construído em 1937 e atualmente exposto no Museu de ciências de Londres
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Van de Graaff
O primeiro VDG foi construído por Robert Jemison Van de Graaff, enquanto estava em Princeton, em 1929.
Na PUC-Rio há um VDG de 4 MV desde os anos 60
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Tandem (maiores detalhes mais tarde) Ex.: o (Van de Graaff) Tandem modelo Pelletron de 1.7 MV do LaCAM (IF-UFRJ)
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Aceleradores de campos variáveis
(usando “aceleração resonante”)
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Aceleradores de campos variáveis (algumas referências históricas)
“A brief history and review of accelerators”, P. J. Bryant
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Alternando “tubos de deriva” e potenciais V(t). Notar a “aceleração resonante” (sincronização!). Notar comprimentos variáveis dos tubos. Ver animação em:www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/linac.html
RF Linac
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Ciclotron
Novamente, sincronização! Ver animação em
www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/cyclotron.html
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+ avanços Avanços na estabilidade de fase, focalização, transporte de
feixe...
Outros aceleradores
Ex.: “Strong focusing”
Crédito: Mark Mandelkern
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Ex.: Síncrotron (de elétrons) Feixes de luz...
http://bilder.desy.de:9080/XFELmediabank/ListView.jsp?language=en_US&page=1&categoryID=2118&catalogID=5
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Ex.: Aceleradores de energia mais altaAccelerator Colliding Particles Total Energy Major Accomplishment
Stanford Linear Collider (SLC) in Palo Alto
electron, positron 100 Gev provided first look at Z0
Large Electron Positron Collider
(CERN-LEP) in Geneva
electron, positron 200 Gevdiscovered Z0, W in
1983;shut down in 2002
Relativistic Heavy Ion Collider
(BNL-RHIC) in Brookhaven
heavy ions 200 Gevcreated quark-gluon
plasma (Mini Big Bang)
Tevatron (FNAL) in Chicago
proton, antiproton 2 Tevconfirmed Z0, W,
discovered top quark
Large Hadron Collider (CERN-LHC) in Geneva
proton-proton; ion-ion 14 Tevplanned for 2008 - LEP
replacement
Table 01 High Energy Accelerators
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Ex.: Síncroton de íons RHIC (Brookhaven)
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Ex.: LHC
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Pressão variável e calibrada
Célula gasosa Análise do estado de carga
Detecção
X- X-, X0, X+,...
-1d
0.0 0.1 0.20.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
F-1
(1016 cm-2)
0.0 0.1 0.20.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
F0
(1016 cm-2)
0d
Voltando ao Pelletron de 1.7 MV do LaCAM
ACELERADOR
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A fonte de íons por sputtering
Cs
Cs+
Ti-
O-
Cs
Cs+
Ti-
O-
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v
E
B
q
v
E
B
q
O Filtro de Wien
qvBqE
EqF e
BvqFb
0
be FFB
Ev
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O Filtro de Wien
0
20
40
60
80
100
RX%
=m/mX%
m5% m
10%m50%
% A
ltu
ra d
o P
ico
m0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Vo
ltag
e (a
rbit
rary
un
its)
-2
Mass(atomic units)
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O acelerador propriamente dito
Feixe da fonte
de íons
“stripper” gasoso
Ímã
Feixe paraexperimentos
X-
X- Xp+
Xp+
Xp+
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O ímã seletor de momento
0 1 2 3 4
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
B2 (a
rbit
rary
un
its)
mE/q2 (arbitrary units)
R
mvqvB
2
221
q
EmccB c
Experimentalmente, usamos para calibração:
qR
mvB
Ou,2
2
q
mE
RB c
B
B
2
2
1mvE c